DE202004000399U1

DE202004000399U1 - Brenner für flüssige Brennstoffe

Info

Publication number: DE202004000399U1
Application number: DE200420000399
Authority: DE
Original assignee: Toby AG
Current assignee: GLUTZ AG, CH
Priority date: 2003-05-28
Filing date: 2004-01-13
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2014-01-14

Abstract

Brenner (1) für flüssige Brennstoffe, bei dem der zur Verbrennung zugeführte flüssige Brennstoff verdampft oder zerstäubt wird, und der verdampfte oder zerstäubte Brennstoff mit Luft gemischt wird, bei dem das Brennstoff-/Luft-Gemisch dem Innenraum eines zylindrischen Flammenhalters (10) zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Mantelfläche des Flammenhalters (10) von einem Mantel (15) umgeben ist, der die direkte Wärmeabstrahlung vom Flammenhalter (10), an dem die Flamme ihre Wurzel hat, auf die Innenwand des Heizkessels verhindert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Brenner für flüssige Brennstoffe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Solche Verdampferbrenner werden vorteilhaft in Feuerungen für Wohn- und Nichtwohnbauten verwendet. Dabei wird meist als Brennstoff leichtes Heizöl verwendet.
Ein Verdampferbrenner der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art ist aus der WO-A1-00/12935 bekannt. Das Heizöl wird einer Verdampferkammer zugeführt, in der es verdampft und dann dieser Heizöldampf mit Luft gemischt wird. Daneben gibt es als weitere Bauart solcher Brenner Zerstäuberbrenner, bei denen der flüssige Brennstoff mittels einer Düse zerstäubt wird.
Für Wohn- und Nichtwohnbauten wird die Feuerung benutzt, um einerseits Wärme für die Raumheizung zu produzieren, andererseits, um Wärme für die Brauchwasserversorgung zu erzeugen. Der Wärmebedarf kann dabei unterschiedlich sein. Für Raumheizung wird bei sogenannten witterungsgeführten Regelungen eine Vorlauftemperatur benötigt, die von der herrschenden Außentemperatur und außerdem von der Art des Heizungssystems abhängt. Die Betriebstemperatur des Heizkessels hängt dann davon ab, ob die Räume mittels Radiatoren, Konvektoren oder durch eine Fußbodenheizung beheizt werden. Ist es nicht kalt, wie etwa in der Übergangszeit, wird beispielsweise nur eine Vorlauftemperatur zwischen 30 und 50 Grad Celsius benötigt. Bei starker Kälte, und auch für die Erzeugung warmen Brauchwassers, wird eine höhere Temperatur benötigt, beispielsweise 80 bis 90 Grad Celsius. Kommt ein Niedertemperaturkessel zum Einsatz, so wird also der Heizkessel mit Temperaturen zwischen 25 und 70 Grad Celsius betrieben. Um eine optimale Energieausnutzung zu erreichen, sind die Heizkessel vorteilhaft als sogenannte Kondensationskessel gestaltet, bei denen die Abgastemperatur unter 80 Grad liegt, so daß das Abgas der Verbrennung kondensiert, was zur Folge hat, daß die Kondensationswärme nutzbringend mit verwertet wird.
Es hat sich gezeigt, daß es für die Stabilität der Flamme des Brenners nachteilig ist, wenn die Kesseltemperatur starken Schwankungen unterworfen ist. Insbesondere dann, wenn die benötigte Leistung klein ist, wenn also pro Zeiteinheit wenig Brennstoff verbrannt wird, brennt die Flamme unter Umständen nicht stabil, so daß der Brenner Schadstoffe emittieren könnte, ausgehen kann und dessen Steuerung auf Störung schaltet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Brenner zu schaffen, dessen Betriebsverhalten verbessert ist.
Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen: 1 einen Schnitt eines Brenners,
2 eine Ansicht des Brenners,
3 ein Mantel des Brenners,
4 einen Schnitt mit einem verkürzten Mantel,
5 ein Schema einer vorteilhaften Ausgestaltung und
6 und 7 weitere Varianten dazu.
In der 1 ist mit der Bezugszahl 1 der Brenner bezeichnet. Das Ausführungsbeispiel zeigt einen Sturzbrenner, bei dem die Aufbereitung des zur Verbrennung kommenden Gemisches aus Brennstoff und Luft oberhalb des Flammenraumes erfolgt und bei dem die Flamme von oben nach unten brennt. Solche Sturzbrenner sind insbesondere für Niedertemperaturkessel geeignet. Weil der Brenner 1 oben im Heizkessel angeordnet ist, kann kein Kondensat in den Brenner 1 eindringen und dessen Funktion beeinträchtigen. Es sei hier aber betont, daß die nachfolgend geschilderte erfindungsgemäße Lehre nicht auf diese Brennerbauart beschränkt ist.
Der Aufbau eines solchen Brenners 1 ist teilweise aus W0-A1-00/12935 bekannt. Bei einem solchen Brenner 1 treibt ein elektrischer Motor 2 eine Welle 3 an, auf der Rotoren 4 als Teil eines Gebläses 5 befestigt sind. Auf der gleichen Welle 3 sind auch ein Zerstäuberbecher 5 und ein Mischrad 6 befestigt, die innerhalb einer Verdampferkammer 7 angeordnet sind, die mittels einer in deren Gehäuse integrierten elektrischen Heizung 8 wenigstens beim Brennerstart beheizbar ist. Unterhalb der Verdampferkammer 7, bei einem Brenner nach WO-A1-00/12935 oberhalb der Verdampferkammer 7, schließt sich ein Flammenhalter 10 an, dessen zylindrischer Mantel aus zwei ineinander liegenden Lochblechen gebildet ist, nämlich einem äußeren Lochblech 11 und einem inneren Lochblech 12. Am der Verdampferkammer 7 gegenüber liegenden Ende ist der Flammenhalter 10 durch einen Boden 13 verschlossen. Nicht dargestellt sind hier eine Zündelektrode und eine Sonde einer Ionisationsmeßeinrichtung, die beide in der Nähe der Mantelfläche des Flammenhalters 10 angeordnet sind, wie dies in W0-A1-00/12935 gezeigt ist. Die Mantelfläche des Flammenhalters 10 ist jener Ort, an dem die Flamme entsteht, an dem die Flamme ihre Wurzel hat.
Erfindungsgemäß ist die Mantelfläche des Flammenhalters 10 von einem Mantel 15 umgeben. Der Mantel 15 umschließt die gesamte Mantelfläche des Flammenhalters 10 sowie einen Teil der Verdampferkammer 7. Durch die Erfindung wird erreicht, daß die Flamme am Flammenhalter 10 unter allen Betriebsbedingungen stabil brennt. Durch die Anordnung des Mantels 15 entsteht offenbar der Effekt, daß die direkte Wärmeabstrahlung vom Flammenhalter 10 auf die Innenwand des Heizkessels nicht erfolgen kann. Die vom Flammenhalter 10 abgestrahlte Wärme trifft auf die Innenwand des Mantels 15, der wie der Flammenhalter 10 aus hitzebeständigem Stahlblech besteht. Nach dem Entstehen der Flamme am Flammenhalter 10 wird der Mantel 15 sehr schnell aufgeheizt, weil dessen Wärmekapazität außerordentlich klein ist, im Vergleich zur Wärmekapazität des Heizkessels geradezu unbedeutend klein. Somit spielt es für die Stabilität der Flamme keine Rolle, welche Temperatur die Innenwand des Heizkessels aufweist. Die Flamme brennt durch die Wirkung des Mantels 15 wenige Sekunden nach ihrem Entstehen vollkommen stabil, unabhängig davon, wie groß die Temperatur des Heizkessels ist. Die überraschend einfache Lösung beseitigt also ein Problem, das sehr lange Zeit ungelöst war.
Obwohl zwischen Flammenhalter 10 und Innenwand des Heizkessels der Mantel 15 angeordnet ist, ist die Wärmeabstrahlung auf die Innenwand des Heizkessels nicht beeinträchtigt, denn die Abstrahlung erfolgt nun durch den sich aufheizenden Mantel 15.
Damit ist die Leistung des Brenners 1 nicht beeinträchtigt.
Auf der zylindrischen Mantelfläche des Flammenhalters 10 brennt die Flamme. Die heißen Abgase verlassen den Brenner 1 durch den ringförmigen Raum zwischen dem Flammenhalter 10 und dem Mantel 15 am unteren Ende des Flammenhalters 10, was in der Figur mit einem Pfeil gekennzeichnet ist. Weil aber Mantel 15 an seinem oberen Ende nicht dicht abschließt, verläßt ein Teil der heißen Abgase den Raum zwischen Flammenhalter 10 und Mantel 15 auch in jenem Bereich, in dem der Mantel 15 die Verdampferkammer 7 umschließt. Dieser Teil der Abgase, dargestellt mit einer mit einem Pfeil versehenen gestrichelten Linie, heizt die Verdampferkammer 7 auf, so daß, wie in WO-A1-00/12935 beschrieben, die elektrische Heizung 8 nur bis einige Zeit nach dem Brennerstart in Betrieb sein muß.
In der 2 ist eine Ansicht des Brenners 1 von schräg unten gezeigt. Dargestellt ist hier der Mantel 15, in dessen Innenraum der Flammenhalter 10 angeordnet ist, von dem dessen Boden 13 und ein Teil der Mantelfläche sichtbar ist. Dargestellt ist eine Bodenplatte 20, an der der Mantel 15 befestigt ist. Der Befestigung dienen Füße 21, am Mantel 15 angeformt sind. Diese Füße 21 sind so bemessen, daß zwischen dem Mantel 15 und der Bodenplatte eine Höhe h frei bleibt. Durch diesen freien Raum kann jener Teil der Abgase entweichen, der die Verdampferkammer 7 (1) erhitzt, wie dies zuvor erwähnt worden ist. Durch Variation der Höhe h läßt sich die Größe des Teilstroms der Abgase verändern, der die Verdampferkammer 7 erhitzt. Wird die Höhe h vergrößert, wird dieser Teilstrom größer, so daß die Verdampferkammer 7 stärker erhitzt wird.
Aus der 2 ist weiter erkennbar ein Luftanschluß 25, durch den die zur Verbrennung benötigte Luft mittels des Gebläses 5 angesaugt wird. Zusätzlich ist eine Sonde 26 einer schon erwähnten Ionisationsmeßeinrichtung gezeigt, die durch eine erste Öffnung 27 im Mantel 15 an die Mantelfläche des Flammenhalters 10 geführt ist, wie dies prinzipiell aus W0-A1-00/12935 bekannt ist. Mit der Bezugszahl 28 sind Anschlüsse für die elektrische Heizung 8 (1) gezeigt. Weitere Einzelheiten interessieren im Hinblick auf die Erfindung nicht.
In der 3 ist der Mantel 15 allein dargestellt. Dargestellt sind drei angeformte Füße 21, die zuvor schon gezeigte erste Öffnung 27 sowie eine zweite Öffnung 29, durch die eine nicht dargestellte Zündelektrode an die Mantelfläche des Flammenhalters 10 (1) heranführbar ist. Gezeigt ist auch ein Ausschnitt 30, der zum Herausführen der Anschlüsse für die elektrische Heizung 8 (1) nötig ist. Eingezeichnet ist hier wiederum die Höhe h der Füße 21, durch die sich der Zwischenraum zwischen dem Mantel 15 und der Bodenplatte 20 (2) bestimmt, durch den jener Teil der Abgase entweicht, der die Verdampferkammer 7 (1) erhitzt.
Durch die Bemessung der Höhe h kann bestimmt werden, welcher Teil der Abgase nach oben austritt und dabei die Verdampferkammer 7 erhitzt, und welcher Teil der Abgase nach unten austritt, wie dies in der 1 mit einem Pfeil nach unten gekennzeichnet ist. Das Verhältnis dieser beiden Teilströme wird auch durch den lichten Abstand zwischen der Mantelfläche des Flammenhalters 10 und dem Mantel 15 beeinflußt, ebenso durch die Länge von Flammenhalter 10 und Mantel 15. Bei modulierenden Brennern spielt auch die Menge der pro Zeiteinheit geförderten Luft eine Rolle, die dann auch die Menge der pro Zeiteinheit erzeugten Abgase bestimmt.
Es hat sich nun gezeigt, daß es bei bestimmten Auslegungen von Brennern 1 vorkommen kann, daß jener Teilstrom der Abgase, der die Verdampferkammer 7 erhitzt, so groß ist, daß die Verdampferkammer 7 zu stark aufgeheizt wird, was unerwünscht ist.
Dieses Problem läßt sich dadurch lösen, daß die Länge des Mantels 15 kleiner gewählt wird. Dies ist in der 4 gezeigt, in der gleiche Bezugszahlen die gleichen Teile bezeichnen wie in der 1. Der Mantel 15 ist so viel kürzer als der Flammenhalter 10, daß auf einer Länge d der Flammenhalter 10 aus dem Mantel 15 herausragt. Dadurch wird erreicht, daß ein größerer Teil der Abgase nach unten entweicht, so daß jener Teilstrom der Abgase, der die Verdampferkammer 7 erhitzt, vermindert ist. Dadurch wird eine Überhitzung der Verdampferkammer 7 verhindert. Auch eine solche Überhitzung der Verdampferkammer 7 beeinträchtigt das Betriebsverhalten des Brenners 1, soll also aufgabengemäß verhindert werden.
Diese Lösung hat aber den Nachteil, daß jener Teil des Flammenhalters 10, der über den Mantel 15 herausragt, gegen die Wärmeabstrahlung zur Kesselwand nicht geschützt ist. Das eingangs erwähnte Problem der Flammenstabilität kann dadurch wieder auftreten, wenn auch in deutlich vermindertem Ausmaß. Bei Niedertemperaturkesseln wird demzufolge diese an sich vorteilhafte Lösung nicht anzuwenden sein, wohl aber bei Heizkesseln mit höherer Betriebstemperatur. Die gewisse Beeinträchtigung der Flammenstabilität in der ersten Aufheizphase müßte aber hier in Kauf genommen werden.
Deshalb ist nachfolgend eine vorteilhafte Lösung gezeigt, die den erwähnten Nachteil der Beeinträchtigung der Flammenstabilität in der ersten Aufheizphase nicht aufweist, aber trotzdem das Problem der Überhitzung der Verdampferkammer 7 löst. Eine solche vorteilhafte Lösung ist in der 5 schematisch gezeigt. Die Bodenplatte 20, die Verdampferkammer 7 und der Flammenhalter 10 sind als Ansicht gezeichnet, der Mantel 15 im Schnitt. Die Form des Mantels 15 ist dadurch charakterisiert, daß der Mantel 15 die Gestalt eines Kegelstumpfmantels hat, wobei sich das Ende mit dem kleineren Durchmesser oben im Bereich der Verdampferkammer 7 befindet, während das Ende mit dem größeren Durchmesser unten im Bereich des Bodens 13 (1) des Flammenhalters 10 liegt. Der lichte Raum zwischen Flammenhalter 10 und Mantel 15 erweitert sich somit von oben nach unten. Dadurch wird erreicht, daß weniger Abgas gegen die Verdampferkammer 7 hin strömt, so daß die Überhitzung der Verdampferkammer 7 vermieden wird. Der ganze Flammenhalter 10 ist aber durch den Mantel 15, wie beim Ausführungsbeispiel der 1, gegenüber der Kesselwand abgedeckt. Diese Lösung bietet darüber hinaus noch den Vorteil, daß der lichte Raum zwischen Flammenhalter 10 und Mantel 15 nach unten hin so erweitert ist, daß in diesem Raum das Abgas eine gleichmäßige Strömungsgeschwindigkeit aufweist, und daß, als Folge davon, innerhalb des Raums praktisch keine Druckdifferenzen bestehen. Daraus resultiert eine geringere Geräuschentwicklung.
Bei einem Brenner 1 gemäß WO-A1-00/12935, der nicht als Sturzbrenner gestaltet ist, ist die Erweiterung des lichten Raumes umgekehrt; hier ist er nach oben hin erweitert. Für beide Fälle gilt, daß der lichte Raum zum Boden 13 (4) des Flammenhalters 10 hin erweitert ist.
Beim in der 6 gezeigten weiteren Ausführungsbeispiel für den Mantel 15 besteht dieser aus zwei entgegengesetzt angeordneten Kegelstumpf-Mantelflächen. Der Mantel 15 erweitert sich somit nach oben und nach unten. Durch die Berührungslinie der beiden Kegelstumpfmantelflächen ist die engste Stelle zwischen Flammenhalter 10 und Mantel 15 bestimmt. Jenes Abgas, das oberhalb dieser engsten Stelle vom Flammenhalter 10 abströmt, wird überwiegend den Weg nach oben, also in Richtung Verdampferkammer 7, nehmen und die Verdampferkammer 7 heizen. Jenes Abgas hingegen, das unterhalb dieser engsten Stelle vom Flammenhalter 10 abströmt, wird überwiegend den Weg nach unten nehmen. Auf diese Weise läßt sich durch die Dimensionierung der beiden Kegelstumpf-Mantelflächen recht genau festlegen, welcher Anteil des Abgases in Richtung Verdampferkammer 7 strömt.
Der gleiche Effekt läßt sich auch beim Ausführungsbeispiel nach 7 erreichen. Hier hat der Mantel 15 eine rein zylindrische Gestalt wie beim Ausführungsbeispiel nach der 1. Im Inneren des Mantels 15 ist ein Trennring 35 befestigt, dessen Außendurchmesser dem Innendurchmesser des Mantels 15 entspricht, während der Innendurchmesser etwas größer ist als der Außendurchmesser des Flammenhalters 10. Durch diesen Trennring 35 wird in analoger Weise wie beim Ausführungsbeispiel der 6 eine Aufteilung der Teilströme nach oben und unten bewirkt. Die Lage des Trennrings 35 bestimmt dabei, wie groß der Teilstrom nach oben im Verhältnis zum Teilstrom nach unten ist. Der Vorteil der Geräuschminderung wird hier zwar nicht erreicht, jedoch ist diese Lösung fertigungstechnisch erheblich günstiger als die Lösungen nach den 5 und 6.
Die allgemeine Lehre der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Brenner 1 um jenen Ort, an dem die Flamme ihre Wurzel hat, ein Mantel (15) gelegt ist, der die direkte Wärmeabstrahlung vom Ort der Flamme auf die Innenwand des Heizkessels verhindert.
Die erfindungsgemäße Lösung ist bei allen Varianten von Brennern 1 anwendbar, bei denen die direkte Abstrahlung von Wärme der Flamme auf die Kesselwand die Stabilität der Flamme beeinträchtigt. Ganz besonders vorteilhaft ist sie deshalb bei Brennern 1 mit einem Flammenhalter 10, weil hier die Stabilität der Flamme insbesondere unmittelbar nach dem Brennerstart problematisch ist. So wird durch die Erfindung und ihre vorteilhaften Ausgestaltungen das Betriebsverhalten von Brennern 1 bedeutend verbessert.
Die Erfindung ist nicht nur bei Verdampferbrennern verschiedener Bauart anwendbar, sondern auch bei Zerstäuberbrennern.

Claims

Brenner (1) für flüssige Brennstoffe, bei dem der zur Verbrennung zugeführte flüssige Brennstoff verdampft oder zerstäubt wird, und der verdampfte oder zerstäubte Brennstoff mit Luft gemischt wird, bei dem das Brennstoff-/Luft-Gemisch dem Innenraum eines zylindrischen Flammenhalters (10) zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Mantelfläche des Flammenhalters (10) von einem Mantel (15) umgeben ist, der die direkte Wärmeabstrahlung vom Flammenhalter (10), an dem die Flamme ihre Wurzel hat, auf die Innenwand des Heizkessels verhindert.
Brenner (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (15) zylindrische Gestalt hat.
Brenner (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Mantel (15) ein Trennring (35) angeordnet ist.
Brenner (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (15) kegelstumpfförmige Gestalt hat, so daß der lichte Raum zwischen Flammenhalter (10) und Mantel (15) zum Boden (13) des Flammenhalters (10) hin erweitert ist.
Brenner (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (15) aus zwei entgegengesetzt angeordneten Kegelstumpf-Mantelflächen gebildet ist, so daß der lichte Raum zwischen Flammenhalter (10) und Mantel (15) von einer engsten Stelle aus nach oben und nach unten erweitert ist.